水-温作用下沥青混合料疲劳性能分析

针对我国南方湿热多雨的气候条件,采用冻融循环的试验方法模拟湿热地区沥青混合料的水-温作用,通过CRT-NUl4气动伺服沥青材料试验机对高速公路沥青路面下面层常用AC-25沥青混合料进行间接拉伸疲劳试验,得到不同水-温条件下的疲劳曲线和疲劳方程,并从疲劳寿命、力学性能、疲劳特征参数和疲劳破坏特征4个方面分析水-温作用下沥青混合料的疲劳规律.研究结果表明:不同水-温条件下沥青混合料的应力与疲劳寿命在双对数坐标中均呈良好的线性关系,可为沥青路面疲劳寿命预估提供依据;水作用和温度升高对沥青混凝土的疲劳寿命和力学性能影响显著,可使混合料的抗疲劳特性大幅衰减;水-温作用下试件疲劳破坏表现为剪切和劈裂联合作用形式,证明用冻融循环处理条件模拟沥青混凝土处于水-温作用的合理性.     

水-温-荷耦合作用下沥青混凝土疲劳寿命

对粗、中、细3种不同级配类型的AC-25沥青混凝土进行冻融和未冻融条件下劈裂疲劳试验,得到应力疲劳方程和应变疲劳方程,分析了水、温、荷耦合对沥青混凝土疲劳寿命的影响研究结果表明:沥青混凝土疲劳寿命与其劈裂强度呈现明显的相关性,劈裂强度越低,相应疲劳寿命越小;不同级配类型的沥青混凝土疲劳性能优劣顺序依次为粗＞细＞中;在应...     

循环荷载作用下沥青混合料的黏弹塑性损伤本构模型

为较好描述损伤状态下沥青混合料的黏弹塑性应力-应变关系、明确动态循环荷载对其损伤本构关系的影响,利用经典黏弹塑性流变理论,在Burgers黏弹性模型上串联一个黏塑性元件,并根据损伤力学应变等效原理,建立了一个能体现动态循环荷载作用特点及能考虑加载频率影响的沥青混合料黏弹塑性损伤本构模型.同时进行间接拉伸疲劳试验,研究加载频率、环境温度、应力水平、沥青用量及沥青种类对混合料应力-应变关系的影响,并标定模型参数、验证模型的有效性.结果表明:所建模型不仅能较好描述沥青混合料在动态循环荷载作用下的损伤本构关系,还能体现加载频率、环境温度及荷载水平等因素对应力-应变关系的影响;模型参数意义明确、规律性强,值得进一步研究和推广.     

路面加铺后旧沥青混合料的疲劳性能

针对老路面沥青层在加铺前后的不同受力状态,提出了两级荷载疲劳试验研究加铺后老路面沥青混合料疲劳性能的思路.通过小梁试件的室内两级荷载疲劳试验,获得了几种常用沥青混合料的二次疲劳方程,并在考虑室内与野外疲劳寿命差异的基础上,建议方程修正系数取1200.推荐了老路沥青层混合料抗拉强度结构系数供加铺设计参考.研究表明:沥青混合料二次疲劳方程与常规一级荷载疲劳方程具有相同的型式,且两者疲劳曲线的斜率没有变化,但由于一级荷载损伤的不同,二次疲劳曲线的位置有不同程度的下移;推荐的老路沥青层混合料抗拉强度结构系数克服了现有规范中沥青混合料抗拉强度结构系数不能用于老路沥青层底拉应力验算的缺陷,可直接用于加铺层设计或验算.     

水-温耦合作用对高模量沥青混合料性能的影响

为研究RA,PR.M和BRA 3种高黏剂对沥青混合料路用性能的影响,对水-温耦合作用下的工程上常用的AC-13C和AC-20C两种密级配沥青混合料展开了研究.从矿料级配类型、高黏剂、含水率、试验温度等方面对高模量沥青路面的高温抗车辙性能、抗疲劳性能进行了研究.结果表明:当级配类型相同时,高黏剂的种类及掺量对沥青混合料最...     

重复荷载作用下浇注式沥青混合料黏弹特性

对浇注式沥青混合料进行了3种温度和3种荷载水平下的三轴重复荷载试验,利用Burgers模型推导了浇注式沥青混合料在重复荷载作用下的总应变公式.对理论应变公式和实验数据进行非线性拟合得到了浇注式沥青混合料在3种温度下的黏弹性参数,并分析了浇注式沥青混合料的永久变形和黏弹性变形的发展特性.研究结果表明:在半正弦重复荷载作用下,浇注式沥青混合料的变形规律与Burgers模型变形公式吻合较好,其永久变形随荷载作用呈线性增长,黏弹性变形先增长后趋于稳定,永久变形比例逐步上升;流动黏度随温度上升而迅速下降,延迟时间随温度上升而增加.     

水作用对沥青混合料疲劳性能影响试验

为了便于高温潮湿多雨地区和季节性冰冻地区选用合适的水处理方式评价沥青混合料水稳定性,设计制备了3种级配、4种空隙率的AC-13沥青混合料,通过间接拉伸疲劳试验,研究了不同水作用方式(高温浸水和冻融循环)对它们疲劳性能的影响。试验结果表明,水作用会明显降低沥青混合料的疲劳性能,并且冻融循环的不利影响更为严重;细集料多、空隙率小的沥青混合料的疲劳性能较好,其疲劳寿命对荷载应力也更为敏感。设计和施工时应保证沥青混合料空隙率在4%~5%之间,以降低水作用对沥青混合料疲劳性能的影响程度。同时,评价了水作用对Superpave级配禁区上下方的沥青混合料疲劳性能的影响,并探讨分析了高温浸水和冻融循环影响不同空隙率的沥青混合料疲劳性能的作用机制。     

沥青混合料在重复荷载作用下的黏弹性变形

为了研究沥青混合料在不同温度、不同应力下黏弹性变形响应,提出了基于三轴重复荷载试验评价沥青混合料抗车辙能力的方法,并对沥青路面车辙发展规律进行了分析。采用半正弦波荷载来模拟路面实际车辆荷载,基于黏弹性五单元八参数模型,推导了能够适用于三轴重复荷载试验的力学模型。结合三轴重复荷载试验的试验结果,利用Origin 8.5软件,对三轴重复荷载试验数据进行拟合,得到了相应的黏弹性参数。对比计算流动数和实测流动数,分析沥青混合料黏弹性变形特性。研究结果表明,温度越高、应力越大,混合料黏弹性变形越大,流变性越小;重复荷载作用下沥青混合料永久变形黏弹性力学模型参数拟合相关系数达到95%以上,表明该模型可以有效地反映沥青混合料黏弹性变形特性。     

沥青混合料抗车辙性能试验对比分析

为了确定用于沥青混合料高温性能设计的最优试验方法和评价指标,分别采用动态模量试验、间接拉伸强度试验、车辙试验和单轴重复荷载试验对9种沥青混合料的抗车辙性能进行测试,通过统计学方法对比分析了不同试验方法的合理性.试验结果表明:动态模量试验和高温间接拉伸强度试验不能准确地评价混合料的抗车辙性能;车辙试验仅适用于区分不同新拌沥青混合料抗车辙性能的优劣,是否适用于评价再生混合料尚存疑问;重复荷载试验具有更好的区分度和合理性,并可得到材料的基本力学参数;将基于重复荷载试验的流变次数指数作为抗车辙性能评价指标更为准确;在评价新拌沥青混合料时车辙试验和重复荷载试验结果具有良好的相关性,但是该关系并不能拓展到再生混合料中.     

干湿循环作用下沥青混合料损伤开裂机制分析

为研究干湿循环作用对沥青混合料抗裂性能的影响,利用数字图像处理技术建立沥青混合料细观数值模型,并测试得到不同温度下石料和沥青胶砂的水扩散系数。基于菲克定律分析温度和干湿循环耦合作用下沥青混凝土内部干湿状态。运用USDFLD场变量更新方法实现干湿状态与力学参数耦合,对干湿循环作用后沥青混合料弯曲破坏性能和裂纹发展情况进行模拟分析。结果表明：胶砂黏聚损伤对沥青混合料抗弯承载能力的影响最显著。在干湿循环过程中,混合料内部水分单调增加。干燥阶段,水亦会继续向内部扩散,从而引起混合料内部水损伤。干湿循环作用次数增多,混合料内部微裂纹萌生时刻提前,主裂缝扩展速率加快。     

沥青混合料间接拉伸试验的数值化测试

为对混合料的数值化试样进行间接拉伸数值化测试,采用X-CT(X-ray Computerized Tomography)扫描混合料试件,分别计算出集料、沥青、空隙的体积组成,建立了试样的三维可视化模型;采用自行编写的程序,实现了由三维可视化模型向三维数值化模型的转化,建立了基于实际试样真实内部微细观分布的数值化试样,并对其进行间接拉伸测试模拟。引入应力集中因子指标对各种应力状态进行评价,实际应力分布结果与弹性理论解结果进行对比。结果表明:该模型能有效反映试样的三维分布状态,由于集料和空隙分布的随机性和不均匀性,实际试样的最大应力分布不再服从弹性理论解的分布状态,空隙的存在同样对混合料的力学性能起着非常重要影响。     

沥青混合料小梁疲劳试验的有限元模拟

小梁重复弯曲试验是评价沥青混凝土抗疲劳性能的一项重要室内试验。根据断裂力学原理,采用有限元方法,模拟计算小梁疲劳试验。结果表明,这种方法的计算结果可以与实际试验结果取得较好的一致性。在深入研究计算模型中的材料参数后,该方法可用于评价沥青混合料的抗疲劳性能。     

水位对沥青混合料水稳定性的影响

沥青路面的水损坏是路面早期破坏现象之一,它的出现严重地影响了沥青路面的耐久性和使用寿命。通过室内模拟试验来研究水位对沥青混合料水稳定性的影响,同时对掺加熟石灰抗剥离剂的改善效果加以评价。试验结果表明,水位、沥青混合料试件的厚度以及加载时间对沥青混合料的水稳定性有着显著的影响,沥青混合料掺加熟石灰后其抗水害性得到明显提高。     

玄武岩纤维在沥青混合料中的作用机理

玄武岩纤维具有较高的强度和弹性模量,与沥青和集料有较好的亲和力,在混合料中分散性好。为分析其在沥青混合料中的作用机理,对玄武岩纤维沥青胶结料进行动态剪切流变（DSR）试验和表观粘度试验,并利用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来评价纤维对沥青混合料水稳定性的改善效果,采用动态蠕变试验及车辙试验研究纤维对混合料高温抗剪切性能的提高作用。试验结果表明：在SBS原沥青中加入玄武岩纤维后,纤维胶浆的抗车辙因子值得到显著提高,其表观粘度曲线随着玄武岩纤维掺量的增加呈上升趋势;玄武岩纤维沥青混合料的稳定度和浸水马歇尔稳定度值明显增大,且随着纤维掺量的增加而递增;玄武岩纤维的加入显著提高了动态蠕变试验沥青混合料的流变次数,其对混合料动稳定度有明显的增强作用。     

沥青混合料裂纹扩展阶段疲劳寿命预测

由于沥青混合料的疲劳裂纹扩展一般难以用传统的Paris公式描述,本文基于能耗的观点,研究沥青混合料裂纹扩展阶段的疲劳演化规律。试验采用半圆弯曲试验方法,在MTS试验系统上进行了三种级配的沥青混合料的断裂韧度试验和疲劳试验,定义了半圆弯曲试验方法中沥青混合料裂纹起裂点和疲劳破坏点。研究结果表明具有断级配的应力吸收层沥青混合料具有更好的抗裂性能和抗疲劳性能;混合料累积破坏能符合Miner线性假定;沥青混合料的疲劳寿命与断裂韧度有很好的相关性。通过对Van Dijk能耗公式参数拟合建立的以断裂韧度为参数的预测模型可以更方便的预测沥青混合料裂纹扩展阶段的疲劳寿命。     

沥青路面热-荷载耦合应力数值分析

针对半刚性基层沥青路面和刚性基层沥青路面结构中普遍存在的反射裂缝问题,提出了采用开级配大粒径沥青碎石混合料(OLSM)作为裂缝缓解层的方法;利用三维有限元法,对设置普通沥青混凝土与开级配大粒径沥青碎石2种类型裂缝缓解层的贫混凝土基层沥青路面结构进行热-荷载耦合应力对比分析,并进行了试验路观测与理论计算分析。结果表明:OLSM的耦合应力明显小于普通沥青混凝土的应力;OLSM中大粒径矿料多、沥青含量少及空隙率大的结构特点有利于消解及吸收裂缝处路面应力,可有效防止或减缓贫混凝土基层沥青路面的反射裂缝,是一种可以缓解反射裂缝的有效材料。     

几何非线性因素耦合作用下悬索管桥索结构的应力分布

针对悬索管桥索结构体系的几何非线性行为,进行了耦合作用下索单元刚度矩阵的分析。在此基础上以某黄河悬索管桥为原型,建立了悬索管桥有限元仿真模型。通过找形计算确定了索结构的初始位置。并在正常运营的工况下对该管桥采取非线性有限元分析,得到主索、风索、下稳定索、吊索及系索五种索结构的应力分布规律;同时利用工程检测数据验证了所用理论、所建模型和模拟结果的正确性。研究结果表明:在正常运营的工况下,悬索管桥各个索的应力值都远小于其标准破坏强度1 570 MPa;主索、风索、下稳定索的轴向应力沿桥中心呈对称分布;吊索体系、系索体系的各对索的应力以各自的第27对索为中心,也呈对称分布;应力最大的系索不是第27对系索,而是其两侧附近的系索。     

级配碎石沥青路面表面裂缝扩展及寿命分析

为研究级配碎石基层结构的防裂缝效果,利用商业有限元程序Abaqus,建立了20结点等参立方体单元的有限元模型。采用奇异等参元法及断裂力学理论,计算分析具有级配碎石基层的半刚性基层沥青路面表面裂缝的扩展规律,并按裂缝产生和裂缝扩展两阶段方法,计算预估其相应的疲劳寿命。结果表明,级配碎石结构可提高沥青路面表面裂缝疲劳寿命,当级配碎石基层厚度为15~25 cm时,可以达到较好的抗裂效果。